V rychle se vyvíjeném segmentu fotovoltaik se převážně mluví o technologiích panelů, občas se zmíní technologie střídačů, ale málokdo si uvědomuje, kolik typů baterií existuje, proto se dnes podíváme na základní přehled baterií a jejich složení. A příště se podíváme na různé způsoby použití baterie v naší domácí fotovoltaice.

Primární zinko-chloridové a alkalické články

Zinko-chloridové články, často označované jako "suché články", jsou nejběžnější typ primárních baterií. Skládají se z následujících komponent:

·        Anoda (záporná elektroda): Vyrobena z práškového zinku.

·        Katoda (kladná elektroda): Manganový oxid (MnO₂).

·        Elektrolyt: Vodný roztok chloridu zinečnatého (ZnCl₂).

Alkalické články jsou zdokonalenou verzí zinko-chloridových článků a mají následující komponenty:

·        Anoda (záporná elektroda): Zinkový prášek s vysokou povrchovou plochou.

·       Katoda (kladná elektroda): Manganový oxid (MnO₂).

·        Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH).

 Lithiové akumulátory

1. Kladná elektroda (katoda): Nejčastěji používané materiály jsou:

• Lithium-kobalt oxid LCO (LiCoO2): Vysoká energetická hustota, ale drahý a méně bezpečný.

• Lithium-železo fosfát LFP (LiFePO4): Nižší energetická hustota, ale bezpečnější a levnější.

• Lithium-mangan oxid LMO (LiMn2O4): Vyšší proudová zatížitelnost, nižší energetická hustota.

• Lithium-niklové, manganové a kobaltové oxidy (NMC): Kombinace výhod jednotlivých složek.

2. Záporná elektroda (anoda): Obvykle uhlík (grafit), kde dochází k interakci lithium iontů během nabíjení.

3. Elektrolyt: Lithiová sůl (LiPF6) rozpuštěná v organickém rozpouštědle, která umožňuje pohyb lithium iontů mezi anodou a katodou.

4. Separátor: Porézní polymerní film, který fyzicky odděluje anodu a katodu, ale umožňuje průchod lithium iontů.

5. Sběrače proudu: Hliníková folie pro katodu a měděná folie pro anodu.

6. Obal: Může být cylindrický, prismatický nebo sáčkový.

 Vlastnosti lithiových akumulátorů

• Energetická hustota: Vysoká energetická hustota ve srovnání s jinými typy baterií.

• Životnost: Vyšší životnost než olověné baterie, obvykle mezi 4000 nabíjecích cyklů.

• Bezpečnost: Záleží na chemickém složení, některé typy jsou bezpečnější než jiné.

• Samovybíjení: Nízká míra samovybíjení, obvykle kolem 2-3 % za měsíc.

• Teplotní stabilita: Může se lišit podle typu elektrolytu a konstrukce.

 Olověné akumulátory

1. Elektrody:

• Velkopovrchové desky: Zvýšení povrchu elektrody pro lepší kontakt s elektrolytem.

• Mřížkové desky: Mřížkové desky mohou být lité nebo tažené z tahokovu.

• Trubkové, diskové, spirálové elektrody: Různé konstrukční varianty pro specifické aplikace.

2. Separátory:

• Listové separátory: Umožňují průchod iontů, ale zabraňují kontaktu mezi elektrodami.

• Obálky: Speciální konstrukce separátoru pro zvýšení mechanické stability.

• Desky: Používají se v některých typech olověných akumulátorů.

3. Konstrukce nádob:

• Otevřené články: Elektrolyt ve styku s okolím, což může vést k oxidaci.

• Uzavřené články: Těsné víko s plnicí zátkou, což omezuje oxidaci a znečištění elektrolytu.

• Ventilem řízené články: Nádoba uzavřena přetlakovým ventilem, možné úniky plynů.

• Uzavřené plynotěsné články: Neuniká z nich plyn, nedoplňuje se voda, mají bezpečnostní ventil.

• Hermetické články: Neuniká z nich plyn, nedoplňuje se voda, nemají bezpečnostní ventil.

NiCd a NiMH akumulátroy

NiCd akumulátory (Niklkadmiové)

• Elektrody:

• Kladná elektroda: Niklová elektroda (hydroxid nikelnatý) (Ni (OH)2)

• Záporná elektroda: Kadmiová elektroda (Cd)

• Separátor: Plastové mřížky nebo mikrovlákna

• Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH) s přídavkem hydroxidu lithného

Výhody:

• Vysoká životnost a počet nabíjecích cyklů (až 2000 cyklů)

• Stabilní výkon v širokém rozsahu teplot

• Schopnost dodávat vysoké proudy

Nevýhody:

• Nižší energetická hustota ve srovnání s moderními technologiemi (např. Li-ion)

• Přítomnost toxického kadmia, které je škodlivé pro životní prostředí a zdraví

NiMH akumulátory (Niklmetalhydridové)

• Kladná elektroda: Niklová elektroda (hydroxid nikelnatý)

• Záporná elektroda: Kovová slitina absorbující vodík (metalhydrid)

• Separátor: Speciální materiály umožňující iontovou vodivost

• Elektrolyt: Vodný roztok hydroxidu draselného (KOH)

Výhody:

• Vyšší energetická hustota než NiCd akumulátory

• Nižší ekologická zátěž (neobsahují kadmium)

• Dobrý výkon v širokém rozsahu teplot

Nevýhody:

• Vyšší samovybíjení ve srovnání s moderními technologiemi (např. Li-ion)

• Méně cyklů nabíjení/vybíjení než NiCd

Doufám, že jste se dozvěděli o základní struktuře základních typů baterií něco nového a dokážete říct, který z těch akumulátorů, nebo článků použijete do dálkového ovládání, k FVE nebo do auta či průmyslu.

CHCI ZDARMA NABÍDKU NA FVE

Reference:

[1] Hrzina, P. (2023). Typy baterií [prezentace]. České vysoké učení technické v Praze.